SE525426C2

SE525426C2 - Method of making rings and apparatus for carrying out the method.

Info

Publication number: SE525426C2
Application number: SE0201319A
Authority: SE
Inventors: Goeran Andersson; Lars Werner; Elido Schena
Original assignee: Skf Ab
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2005-02-15
Also published as: SE0201319D0; DE60304109T2; US6978546B2; JP2003334629A; EP1358953B1; EP1358953A1; SE0201319L; DE60304109D1; CN1454731A; CN1225325C; US20030229987A1

Abstract

The present invention refers to a method and a device for producing ring members (1), such as rings for rolling bearings, by means of a rolling operation, incorporating the steps of warming a ring blank (1), positioning the warm ring blank (1) over a mandrel (2), which is rotatable about a first axis, positioning a forming roll (4), which is rotatable about a second axis, which is aligned with the said first axis, so as to form a rolling gap with the mandrel (2), and with a portion of the ring blank (1) positioned in the rolling gap, driving the forming roll (4) to rotate in one rotary direction, driving the mandrel (2) to rotate in a rotary direction opposed to the rotary direction of the forming tool, urging the mandrel (2) towards the forming roll (4) so as to reduce the size of the rolling gap, during rotation of the forming roll (4) and the mandrel (2), for reducing the thickness of the ring blank while simultaneously increasing its diameter. <IMAGE>

Description

20 25 30 35 525 426 2 valsningsoperation, varvid man uppnár en valsbarhet som är klart förbättrad i jämförelse med kallvalsningsmetoden, och vilken vidare inte komer att ge de negativa resultat, som erhàlles dä man använder hetvalsning, och detta uppnàs i enlighet med särdragen i det bifogade patentkrav 1. Rolling operation, achieving a rollability which is clearly improved in comparison with the cold rolling method, and which further will not give the negative results obtained when using hot rolling, and this is achieved in accordance with the features of the rolling mill. appended claims 1.

En anordning för genomförande av metoden enligt uppfinningen kännetecknas av särdragen, som definieras i bifogade patent- krav 4.An apparatus for carrying out the method according to the invention is characterized by the features defined in appended claims 4.

Metoden och anordningen enligt uppfinningen komer att beskrivas närmare med hänvisning till ett utföringsexempel av anordningen, som visas schematiskt i bifogade ritningar.The method and the device according to the invention will be described in more detail with reference to an exemplary embodiment of the device, which is shown schematically in the accompanying drawings.

Fig. 1 visar i en schematisk sidovy i snitt huvudprincipen för valsningsoperationen enligt uppfinningen, och schema- tiskt huvudkomponenterna till anordningen för genomförande av valsningsoperationen. _ " Fig. 2 är en vy som i en riktning vinkelrätt mot vyn i Fig. 1, visar huvudkomponenterna i anordningen under en vals- ningsoperation, varvid- tvärsnittslinjen I-I visar vyn enligt Fig. l.Fig. 1 shows in a schematic side view in section the main principle of the rolling operation according to the invention, and schematically the main components of the device for carrying out the rolling operation. Fig. 2 is a view which, in a direction perpendicular to the view in Fig. 1, shows the main components of the device during a rolling operation, the cross-sectional line I-I showing the view according to Fig. 1.

Fig. 3 visar i en partiell sidovy hur ett ringämne uppför sig under valsningsoperationen, och Fig. 4-6 visar schematiskt pà varandra följande steg vid frammatning av ett ringämne frän ett magasin (ej visat) till skull en valsningsposition, varvid för överskàdlighets anordningens valsar har utelämnats.Fig. 3 shows in a partial side view how a ring blank behaves during the rolling operation, and Figs. 4-6 schematically show successive steps in feeding a ring blank from a magazine (not shown) due to a rolling position, has been omitted.

I Fig. 1, schematiskt i en sidovy och i tvärsnitt en ringvalsnings- som är ett snitt längs linjen I-I i Fig. 2 visas operation sedd längs linjen I-I i Fig. 2. Anordningen eller maskinen enligt uppfinningen visas i Fig. 1 under valsning av ett ringformat ämne 1, som vilar pä en dorn 2 ingäende i anordningen. Dornen 2 stàr i sin tur i kontakt med en stöd- dorn 3, medan ringämnet 1 pressas mot dornen medelst en formningsvals 4, vilken pä vanligt sätt kan ha en profilerad 10 15 20 25 30 35 5 2 5 4 2 6 - 3 kontaktyta. Ocksa dornen 2 kan ha en profilerad kontaktyta för att för att ge ringen en profilerad inneryta under valsningsoperationen. Formningsvalsen 4 drivs att rotera i en riktning, som visas av pilen. Enligt uppfinningen rote- ras ocksa dornen 2 sàsom visas av pilen och i en riktning motsatt den för formningsvalsen 4. Ringämnet 1 bringas att under valsningsoperationen rotera sakta i en riktning som visas, genom påverkan fràn den drivna dornen 2 och fràn den Ådrivna formningsvalsen 4. I anordningen enligt uppfinningen är stöddornen 3 odriven, men den pressas av en kraft som verkar i en riktning som visas av pilen F, huvudsakligen radiellt mot dornen 2 för att bringa denna att applicera ett kontakttryck pà ringämnet 1, som är placerat mellan dornen och formningsvalsen. 4. Genonl kontakt. mellan. dorn 2 och stöddorn 3, komer den senare också att bringas att rotera, i det visade utföringsexemplet i medursriktningen.In Fig. 1, schematically in a side view and in cross section a ring rolling which is a section along the line II in Fig. 2, operation seen along the line II in Fig. 2 is shown. The device or machine according to the invention is shown in Fig. 1 during rolling of an annular blank 1, which rests on a mandrel 2 forming part of the device. The mandrel 2 is in turn in contact with a support mandrel 3, while the annular blank 1 is pressed against the mandrel by means of a forming roller 4, which in the usual way can have a profiled 10 15 20 25 30 35 5 2 5 4 2 6 - 3 contact surface. The mandrel 2 can also have a profiled contact surface in order to give the ring a profiled inner surface during the rolling operation. The forming roller 4 is driven to rotate in a direction indicated by the arrow. According to the invention, the mandrel 2 is also rotated as shown by the arrow and in a direction opposite to that of the forming roller 4. During the rolling operation, the annulus 1 is caused to rotate slowly in a direction shown, by action of the driven mandrel 2 and of the driven forming roller 4. In the device according to the invention, the support mandrel 3 is non-driven, but it is pressed by a force acting in a direction shown by the arrow F, substantially radially towards the mandrel 2 to cause it to apply a contact pressure to the annulus 1, which is placed between the mandrel and the forming roller. . 4. Genonl contact. between. mandrel 2 and support mandrel 3, the latter will also be caused to rotate, in the embodiment shown in the clockwise direction.

I Fig. 2 visas i en sidovy vinkelrätt mot vyn enligt Fig. 1, huvudkomponenterna hos och valsningsoperationen som utföres med anordningen enligt uppfinningen, och här visas hur ytan pà formningsvalsen är väsentligen cylindrisk med konande ändpartier, medan dornen 2 har en bomberad mantelyta, för att ge ringämnet en huvudsakligen cylindrisk ytteryta och en sfärisk inneryta. Som visas utgöres stöddornen 3 av en axel 3a och tvà pà axiellt avstånd fràn varandra anordnade hjul 3b, vilka är roterbart lagrade pà axeln 3a och gränslar dornen 2 och det pà dornen anordnade ringämnet 1, och kontaktar axeltappar, som skjuter ut axiell fràn dornen, sà att tryckkraften F kan överföras fràn stöddornen 3 och sa att rotationen hos den drivna dornen 2 pàtvingas stöddornen, via dess hjul 3b.Fig. 2 shows in a side view perpendicular to the view according to Fig. 1, the main components of and the rolling operation performed with the device according to the invention, and here it is shown how the surface of the forming roll is substantially cylindrical with conical end portions, while the mandrel 2 to give the annulus a substantially cylindrical outer surface and a spherical inner surface. As shown, the support mandrel 3 consists of a shaft 3a and two axially spaced wheels 3b, which are rotatably mounted on the shaft 3a and define the mandrel 2 and the ring blank 1 arranged on the mandrel, and contact shaft pins projecting axially from the mandrel, so that the compressive force F can be transmitted from the support mandrel 3 and said that the rotation of the driven mandrel 2 is forced on the support mandrel, via its wheels 3b.

Fig. 3 visar i en fragmentarisk sidovy funktionsprincipen för anordningen enligt uppfinningen, och vyn visar endast ett segment av ringämnet 1 just innan det komer in i vals- 10 15 20 25 30 35 5 2 s 4 2 6 " är; 4 spalten mellan formningsvalsen 4 och dornen 2, under passa- gen däremellan och just efter det att den har lämnat valsspalten.Fig. 3 shows in a fragmentary side view the operating principle of the device according to the invention, and the view shows only a segment of the annulus 1 just before it enters the roll 10; 4 and the mandrel 2, during the passage in between and just after it has left the roller slot.

Det illustreras på ett överdrivet sätt hur ringämnet 1 erhåller en gradvis reducerad tjocklek när det rör sig mot och genom spalten, så som illustrerats vid la, lb och lc.It is exaggerated to illustrate how the annulus 1 obtains a gradually reduced thickness as it moves towards and through the gap, as illustrated at 1a, 1b and 1c.

Eftersom valsningsoperationen inte avlägsnar något material från ämnet, komer det diametrala måttet hos ringen att öka, och beroende på formen hos formningsvalsen med de lutande ändpartierna, kommer den axiella bredden hos ringen att bibehållas väsentligen konstant. En rulle 13 för kontroll av rundheten är anordnat att kontakta ytterytan hos ringämet 1 kort före valsspalten.Since the rolling operation does not remove any material from the blank, the diametrical dimension of the ring will increase, and depending on the shape of the forming roll with the inclined end portions, the axial width of the ring will be maintained substantially constant. A roller 13 for checking the roundness is arranged to contact the outer surface of the ring blank 1 shortly before the roll slot.

I Fig. 4 visas schematiskt partier av en anordning enligt uppfinningen, och vilken innefattar ett fundament 5, som uppbär två ståndare 6a, 6b, vilka vardera är anordnade att uppbära en axeltapp för dornen 2. En av dessa ståndare 6b är förskjutbar i linjär riktning mot och från den andra stån- daren 6a för att tillåta inmatning av ämnen 1 i anordningen, så' att ämnet 1 kan anordnas över dornen 2. Ringänmet 1 levereras från ett inte visat magasin och passerar en tempe- raturhöjande station 7, som till exempel kan vara en induk- tionsugn eller ett annat slags lämpligt värmeaggregat för uppvärmning av ämnet till en temperatur inom ett område, som låter* ämnet få en temperatur av' omkring' 725°C, när' det placeras över dornen, d.v.s. en avsevärt lägre temperatur än den som användes vid hetvalsningsoperationer. En nmtor 8 avsedd att driva dornen 2 att rotera är anordnad att för- flyttas till och från en drivposition, varvid den är ut- formad att i icke-drivande position tillåta inmatning av ett uppvärmt ringämne l till bearbetningsposition på dornen 2.Fig. 4 schematically shows portions of a device according to the invention, and which comprises a foundation 5, which supports two uprights 6a, 6b, each of which is arranged to support a shaft pin for the mandrel 2. One of these uprights 6b is displaceable in linear direction towards and from the second post 6a to allow feeding of blanks 1 into the device, so that the blank 1 can be arranged over the mandrel 2. The ring blank 1 is delivered from a magazine (not shown) and passes a temperature-raising station 7, such as may be an induction furnace or other type of suitable heater for heating the substance to a temperature within a range which allows the substance to have a temperature of 'about' 725 ° C, when placed over the mandrel, i.e. a considerably lower temperature than that used in hot rolling operations. A motor 8 intended to drive the mandrel 2 to rotate is arranged to be moved to and from a drive position, it being designed to allow the feeding of a heated ring blank 1 to the machining position on the mandrel 2 in the non-driving position.

Fastän detta kan åstadkomas på olika sätt, illustreras här en föredragen och lämplig lösning, där motorn 8 är svängbart upphängd via förbindelsestänger 9 kring en svängningspunkt 10. En ledbart uppburen drivaxel ll är kopplad till utgångs- axeln från motorn 8, och vid dess motsatta ände är denna 10 15 20 25 30 35 525 4 2 6 5 drivaxel 11 försedd med en koppling 12, av vilket som helst känt slag, vilken lätt kan kopplas till den fria änden pà dornen 2 för att överföra rotationrörelse till denna. I Fig. 4 visas motorn 8 i dess undansvängda läge, där den inte inkräktar pà inmatningen av det uppvärmda ringämnet 1.Although this can be achieved in various ways, a preferred and suitable solution is illustrated here, in which the motor 8 is pivotally suspended via connecting rods 9 about a pivot point 10. An articulated support drive shaft 11 is connected to the output shaft of the motor 8, and at its opposite end For example, this drive shaft 11 is provided with a coupling 12, of any known type, which can be easily coupled to the free end of the mandrel 2 to transmit rotational movement thereto. Fig. 4 shows the engine 8 in its pivoted position, where it does not interfere with the input of the heated annulus 1.

I Fig. 5 har det uppvärmda ringämnet 1 skjutits upp pà dornen 2, och motorn 8 har svängts kring svängningspunkten 10 mot sin drivposition. Därigenom har den ledade drivaxeln 11 med sin koppling 12 förts till den förskjutbara stàndaren 6b, där den komer i kontakt med denna stàndare 6b. När motorn 8 frän detta ögonblick fortsätter sin svängnings- rörelse i sama riktning, komer den förskjutbara stàndaren 6b att tvingas att röra sig mot den första stàndaren 6a, vilken företrädesvis är fast anbragt pà fundamentet 5.In Fig. 5, the heated ring blank 1 has been pushed up on the mandrel 2, and the motor 8 has been pivoted about the pivot point 10 towards its drive position. As a result, the articulated drive shaft 11 with its coupling 12 has been moved to the displaceable post 6b, where it comes into contact with this post 6b. When the motor 8 from this moment continues its pivoting movement in the same direction, the displaceable post 6b will be forced to move towards the first post 6a, which is preferably fixedly mounted on the foundation 5.

I Fig; 6 visas slutligen hur drivaxeln ll och dess koppling 12 har natt den sida av dornen 2, som är motsatt mot den första stàndaren 6a, varvid kopplingen 12 har kopplat samman dornen med drivaxeln 11, sä att dornen roteras när motorn 8 arbetar. I Det skall nämnas att stöddornen och formningsvalsen, för överskàdlighets skull har uteslutits i Fig. 4 ~ 6, medan det är underförstått att den illustrerade valsningsmaskinen beträffande matningsfunktion och drivfunktion för dornen i dessa figurer naturligtvis innefattar sådana komponenter pà det sätt som illustrerats i Fig. 1 - 3.In Fig; 6 finally shows how the drive shaft 11 and its coupling 12 have the side of the mandrel 2 opposite the first post 6a, the coupling 12 having coupled the mandrel to the drive shaft 11 so that the mandrel is rotated when the motor 8 is operating. It should be mentioned that the support mandrel and the forming roll, for the sake of clarity, have been excluded in Figs. 1 - 3.

Stegen enligt metoden är följande: Ringämnen 1, som kan kapas fràn rörmaterial eller smidas, överföres en och en eller i satser fràn ett magasin eller liknande till en uppvärmningsstation 7, där de individuella ämnena uppvärmes till en temperatur av omkring 725W2. Det varma ringämnet 1 skjuts därefter upp pä dornen 2, vilken i detta ögonblick är roterbart uppburen endast av den första 10 15 20 25 30 35 szs 426 6 stàndaren 6a. När det varma ringämnet 1 har placerats pà dornen 2 kopplas en drivaxel ll, som är ansluten till en motor 8, till den fribärande änden av dornen 2, för att vara i läge för att kunna driva dornen 2 att rotera. En form- ningsvals 4 är positionerad för att ligga an mot den yttre mantelytan hos ringämnet l, och att därvid ha en sig huvud- sakligen axiellt sträckande linjekontakt mot ringämet vid en position mitt emot den position där dornen 2 har linjekontakt med den inre mantelytan hos ringämnet. Form- ningsvalsen 4 roteras i en riktning motsatt dornens 2 rota- tionsriktning, och pressar därmed materialet i det varma ringämnet mellan dem, och stöddornen 3 pressas samtidigt mot axeltapparna pà dornen 2, varigenom dornen 2 pressas mot det parti av ringämnet, som momentant är beläget i valsspalten mellan dorn 2 och formningsvals 4. Stöddornen 3 är inte direkt driven utan är fritt roterbart lagrad och den roteras därför till följd av dess kontakt med axeltapparna hos den roterbart drivna dornen 2. Eftersom formningsvalsen 4 och dornen 2 drivs i motsatta riktningar, varvid dornen 2 tvin- gas mot formningsvalsen genom inverkan frán stöddornen 3, komer tjockleken hos ringämnet att reduceras. Beroende pà formen hos formningsvalsen 4 kan den axiella bredden hos ringen inte ökas, och eftersom inget material avlägsnas un- der processen komer reduktionen i sektion, sàsom antyds med de pà varandra följande reducerade sektionerna la, lb, lc i Fig. 3, att resultera i en ökning av ringdiametern.The steps according to the method are as follows: Ring blanks 1, which can be cut from pipe material or forged, are transferred one by one or in batches from a magazine or the like to a heating station 7, where the individual blanks are heated to a temperature of about 725W2. The hot annulus 1 is then pushed onto the mandrel 2, which at this moment is rotatably supported only by the first post 66 pillar 426 6 the post 6a. When the hot ring blank 1 has been placed on the mandrel 2, a drive shaft 11, which is connected to a motor 8, is coupled to the cantilevered end of the mandrel 2, in order to be in a position to be able to drive the mandrel 2 to rotate. A forming roll 4 is positioned to abut against the outer circumferential surface of the annulus 1, and thereby to have a substantially axially extending line contact with the annulus at a position opposite to the position where the mandrel 2 has line contact with the inner circumferential surface of the ring substance. The forming roller 4 is rotated in a direction opposite to the direction of rotation of the mandrel 2, thereby pressing the material in the hot annulus between them, and the support mandrel 3 is simultaneously pressed against the shaft pins of the mandrel 2, whereby the mandrel 2 is pressed against the part of the annulus located in the roller gap between mandrel 2 and forming roller 4. The support mandrel 3 is not directly driven but is freely rotatably mounted and it is therefore rotated due to its contact with the shaft journals of the rotatably driven mandrel 2. Since the forming roller 4 and mandrel 2 are driven in opposite directions, whereby the mandrel 2 is forced against the forming roller by the action of the support mandrel 3, the thickness of the annular blank will be reduced. Depending on the shape of the forming roll 4, the axial width of the ring cannot be increased, and since no material is removed during the process, the reduction in section, as indicated by the successive reduced sections 1a, 1b, 1c in Fig. 3, will result in an increase in the ring diameter.

Den resulterande valsbarheten, för ett vanligt lagerstàl, när man använder metoden och maskinen, som beskrivits häro- van, har visat sig vara upp till och till och nad över omkring 3,0, d.v.s. ett utfall som är omkring 50% högre än vad som uppnäs när man använder vanliga kallvalsningstekni- ker med i övrigt jämförbara parametrar. Jämfört med kall- valsningsteknik uppnås också en 50% minskning i erforderlig valsningskraft, som en följd av den bättre flytbarheten hosv materialet i det varma ringämnet, och också beroende pa det faktum att formningsvalsen 4 och dornen 2 är roterbart 10 15 20 525 426 ëí Iøhoøl n o 0 co oc: 7 drivna i den nya varmvalsningsprocessen medan kallvalsnings- processen har använt drivna formningsvals och stöddorn, medan dornen roterades medelst kontakten mellan stöddorn och ringänmet .The resulting rollability, for a standard bearing steel, when using the method and machine described above, has been found to be up to and even above about 3.0, i.e. an outcome that is about 50% higher than what is achieved when using standard cold rolling techniques with otherwise comparable parameters. Compared with cold rolling technology, a 50% reduction in the required rolling force is also achieved, as a result of the better flowability of the material in the hot annulus, and also due to the fact that the forming roller 4 and the mandrel 2 are rotatable. no 0 co oc: 7 driven in the new hot rolling process while the cold rolling process has used driven forming roll and support mandrel, while the mandrel was rotated by means of the contact between the support mandrel and the ring mandrel.

Den resulterande ringen kommer att ha inga eller åtminstone mycket smá tendenser till deformering efter valsningsopera- tionen, beroende pà det faktum att ämnets temperatur pà omkring 725°C inte kontmer att ge upphov till risker för v sådana-inre spänningar-och- -deformeaeingarfsom-~drabba-r-ri~ngaﬁsm -- - vilka utsättes för de temperaturer omkring l200°C, som an- vändes vid hetvalsning. Sammantaget gör dessa faktorer det möjligt att uppnà produktionsverkningsgrader överlägsna dem som kan uppnås med kallvalsningstekniker och vid ringar tillverkade med den beskrivna varnmvalsningsmetoden.The resulting ring will have no or at least very little tendency to deform after the rolling operation, due to the fact that the temperature of the blank of about 725 ° C does not give rise to risks of such internal stresses and deformations. ~ drbaa-r-ri ~ nga ﬁ sm - - which are exposed to the temperatures around 1200 ° C, which were used in hot rolling. Taken together, these factors make it possible to achieve production efficiencies superior to those that can be achieved with cold rolling techniques and with rings made by the described hot rolling method.

Uppfinningen är inte begränsad till metoden som beskrivits och maskinen som illustrerats och beskrivits, utan modifi- kationer och varianter är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven.The invention is not limited to the method described and the machine illustrated and described, but modifications and variants are possible within the scope of the appended claims.

Claims

525 426 8 PATENT REQUIREMENTS

A method of manufacturing rings (1), such as roller bearing running rings, by means of a rolling operation, characterized in that it comprises the steps of heating a ring blank (1), placing the hot ring blank (1) over a mandrel (2) rotatable about a first axis, placing a forming roller (4) rotatable about a second axis aligned with said first axis to form a roll gap with the mandrel (2) , and with a portion of the annulus (1) located in the roll slot, to drive the forming roll (4) so that it rotates in a direction of rotation, to drive the mandrel (2) to rotate in a direction of rotation opposite to the direction of rotation of the forming roll, to press the mandrel (2 ) against the forming roll (4) to reduce the size of the roll gap during rotation of the forming roll (4) and the mandrel (2), to reduce the thickness of the annular blank while simultaneously increasing its diameter.

A method according to claim 1, characterized in that the ring blank is heated to a temperature of about 725 ° C.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the mandrel (2) is pressed against the forming roller (4) during the rolling operation by means of a support mandrel (3), which is rotatably arranged about a third axis. substantially aligned with the first and second axes, which support mandrel (3) is rotated due to its contact with the rotatably driven mandrel (2). 525 426 9

Device for carrying out the method for manufacturing rings (1) according to claim 1, and which device comprises a driven forming roller (4), which is rotatably mounted about a first axis, a mandrel (2) which is rotatably mounted around a second shaft, and a support mandrel (3) rotatably mounted about a third shaft, the first, second and third shafts being spaced apart and spaced apart to form a roll gap between the forming roll and the mandrel, while the mandrel ( 2) is movable under the influence of the support mandrel (3) to move against the forming roller, thereby reducing the size of the roller gap, characterized in that a separate motor (8) is arranged to drive the mandrel (2) , while the support mandrel (3) is arranged to be rotated as a result of its contact with the mandrel, and that the device comprises a heating station (7) arranged to heat the ring blank (1) before its insertion into the roller slot.

Device according to claim 4, characterized in that the separate motor (8) is provided with an articulated drive shaft (ll) with a coupling (12) for releasably coupling the drive shaft (ll) to the mandrel (2) for easy connection of the motor (8) to the mandrel (2) during rolling operation and for disconnecting the same when inserting a ring blank (1) on the mandrel (2) and when removing a rolled ring therefrom.